(57)【要約】      （修正有）【課題】約１００％を超える帯域の超広帯域（ＵＷＢ）周波数応答を形成するサブテラヘルツおよびテラヘルツ（ＴＨＺ）の信号を送信および／または受信するためのオンチップ集積化されたパターンアンテナを提供する。【解決手段】パターンアンテナは、双円状構造を有する第１の導電体１０ａ、１０ｂと、第１の導電体に接続された、双円状構造を有する第２の導電体１１ａ、１１ｂを備える。双円状構造は、半径（Ｒｘ）を有する第１の導電性円状ローブおよび半径（Ｒｃ）を有する第２の導電性円状ローブをＲｘ≧Ｒｃとなるように含む。第１の双円状形および第２の双円状形はそれらによる少なくとも１つのポートによって特徴付けられ、第１の双円状形と第２の双円状形の間に交差の領域を有する。【選択図】図１Ａ
0003226611.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
サブテラヘルツおよびテラヘルツ（ＴＨＺ）の信号を送信および／または受信するためのオンチップ集積化されたパターンアンテナであって、
半径（Ｒｘ）を有する第１の導電性円状ローブおよび半径（Ｒｃ）を有する第２の円状ローブを、Ｒｘ≧Ｒｃとなるように含む双円状構造を有する第１の導電体と、
半径（Ｒｘ）を有する第１の導電性円状ローブおよび半径（Ｒｃ）を有する第２の円状ローブを、Ｒｘ≧Ｒｃとなるように含み、前記第２の双円状導電体が前記第１の双円状導電体に接続された、双円状構造を有する第２の導電体と、
を含み、
前記第１の双円状形および前記第２の双円状形が少なくとも１つのポートによって特徴付けられ、それにより前記第１の双円状形と前記第２の双円状形の間に交差の領域を有し、誘電性材料に集積されたときに約１００％を超える帯域の超広帯域（ＵＷＢ）周波数応答を形成する、パターンアンテナ。
【請求項２】
前記アンテナが、ＳｉＯ２、シリコン、およびそれらの組み合わせから成るグループから選択された前記誘電性材料層に集積される、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項３】
前記アンテナのＲｘが前記第１の円状形のＸ方向の半径である、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項４】
前記第１の円形ローブがＹ方向の半径（Ｒｙ）によって特徴付けられる、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項５】
前記第２の円形ローブがＹ方向の半径（Ｒｙ）によって特徴付けられる、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項６】
前記第１の双円状形および前記第２の双円状形が少なくとも１つの重複部分を、重複する領域が約０〜約１００％の間の範囲にわたるように有する、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項７】
前記アンテナが約０．１μｍ〜１００μｍの厚さである、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項８】
前記第１の導電性円状ローブおよび前記第２の導電性円状ローブが、前記ローブの中心間の距離（ｄ）によって、ｄ＝０のときは前記交差の面積がπＲｃ２で、ｄ≧Ｒｙ＋Ｒｃのときは前記交差の面積が０であるように特徴付けられる、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項９】
前記円状ローブが、円形、円盤、楕円、円錐、球形、ボール様、円筒、フープ、ループ、リング様、卵様、チューブ様、およびそれらの任意の組み合わせからなるグループから選択される形状を有する発振ローブである、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項１０】
当該アンテナがコネクタを介してＣＭＯＳトランシーバチップ／検出器に電気結合されている、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項１１】
当該アンテナが約２５８ＧＨｚから約２０００ＧＨｚ超の周波数の範囲で放射し、Ｓ１１＝−９．５ｄＢで、空気誘導体材料内の当該アンテナの性能が１２０％超である、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項１２】
当該アンテナが約３４６から約３０００ＧＨｚ超の周波数の範囲で放射し、Ｓ１１＝−９．５ｄＢで、空気誘導体内の当該アンテナの性能が約１５０％超である、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項１３】
当該アンテナが約１４７から約５５９ＧＨｚの周波数の範囲で放射し、Ｓ１１＝−９．５ｄＢで、シリコン誘導体構造内の当該アンテナの性能が約１１６％である、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項１４】
サブテラヘルツおよびテラヘルツ（ＴＨＺ）の信号を送信および／または受信するための複数のパターンアンテナの行列を含む、アンテナの幾何学配列であって、前記パターンアンテナが、
半径（Ｒｘ）を有する第１の導電性円状ローブおよび半径（Ｒｃ）を有する第２の円状ローブを、Ｒｘ≧Ｒｃとなるように含む双円状構造を有する第１の導電体と、
半径（Ｒｘ）を有する第１の導電性円状ローブおよび半径（Ｒｃ）を有する第２の円状ローブを、Ｒｘ≧Ｒｃとなるように含み、前記第２の双円状導電体が前記第１の双円状導電体に接続された、双円状構造を有する第２の導電体と、
を含み、
前記第１の双円状形および前記第２の双円状形が少なくとも１つのポートによって特徴付けられ、それにより前記第１の双円状形と前記第２の双円状形の間に交差の領域を有し、約１００％を超える帯域の超広帯域（ＵＷＢ）周波数応答を形成する、
幾何学配列。
【請求項１５】
ａ．前記アンテナの４行×４列、
ｂ．前記アンテナの３行×２列、
ｃ．４×４のアンテナ、
ｄ．３×４の異なる方向のアンテナ、および
ｅ．それらの任意の組み合わせ、
から成るグループから選択される行列を含む、請求項１４に記載の幾何学配列。
【請求項１６】
当該幾何学配列がコネクタを介してＣＭＯＳトランシーバチップ／検出器に電気結合された、請求項１４に記載の幾何学配列。
【請求項１７】
同一構造を有する複数のアンテナをさらに備える、請求項１４に記載の幾何学配列。
【請求項１８】
異なる方向を有する複数のアンテナをさらに備える、請求項１４に記載の幾何学配列。
【請求項１９】
構造が異なる複数のアンテナをさらに備える、請求項１４に記載の幾何学配列。
【請求項２０】
前記円状ローブが、円形、円盤、楕円、円錐、球形、ボール様、円筒、フープ、ループ、リング様、卵様、チューブ様、およびそれらの任意の組み合わせからなるグループから選択される形状を有する発振ローブである、請求項１４に記載の幾何学配列。
【請求項２１】
前記アンテナ構造が、バイコニカルアンテナ、ボウタイまたはバタフライ様のアンテナ、レムニスケート様の形状、対数周期、対数螺旋、円錐螺旋のアンテナ、バイコニカルアンテナ、互いに駆動し合う２つの半球体の丸くされた側から成るディッシュアンテナ、およびそれらの組み合わせから成るグループから選択される、請求項１７から１９のいずれか一項に記載の幾何学配列。
【請求項２２】
サブテラヘルツおよびテラヘルツ（ＴＨＺ）の信号を送信および／または受信するためのオンチップ集積化されたパターンアンテナを形成する方法であって、
双円状構造を有する第２の導電体に接続された、双円状構造を有する第１の導電体を備えるパターンアンテナを提供するステップであって、前記第１の双円状形と前記第２の双円状形が少なくとも１つのポートにより特徴付けられ、それにより前記第１の双円状形と前記第２の双円状形の間に交差の領域を有し、前記双円状構造が、半径（Ｒｘ）を有する第１の導電性円状ローブおよび半径（Ｒｃ）を有する第２の円状ローブを、Ｒｘ≧Ｒｃとなるように含み、第２の導電体が、半径（Ｒｘ）を有する第１の導電性円状ローブおよび半径（Ｒｃ）を有する第２の円状ローブを、Ｒｘ≧Ｒｃとなるように含む双円状構造を有する、パターンアンテナを提供するステップと、
前記パターンアンテナを誘電体材料の上部に配置し、それにより、約１００％を超える帯域の超広帯域（ＵＷＢ）周波数応答を形成するステップと、
を含む方法。
【請求項２３】
前記アンテナが、ＳｉＯ２、シリコン、およびそれらの組み合わせから成るグループから選択された前記誘電性材料層に集積される、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記第１の双円状形および前記第２の双円状形が少なくとも１つの重複部分を、重複する領域が約０〜約１００％の間の範囲にわたるように有する、請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記第１の導電性円状ローブおよび前記第２の導電性円状ローブを提供する前記ステップが、前記ローブの中心間の距離（ｄ）によって、ｄ＝０のときは前記交差の面積がπＲｃ２で、ｄ≧Ｒｙ＋Ｒｃのときは交差の前記面積が０であるように特徴付けられる、請求項２２に記載の方法。
【請求項２６】
前記円状ローブが、円形、円盤、楕円、円錐、球形、ボール様、円筒、フープ、ループ、リング様、卵様、チューブ様、およびそれらの任意の組み合わせからなるグループから選択される形状を有する発振ローブである、請求項２２に記載の方法。
【請求項２７】
前記アンテナをコネクタを介してＣＭＯＳトランジスタチップ／検出器に電気結合するステップをさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２８】
前記アンテナが約２５８ＧＨｚから約２０００ＧＨｚ超の周波数の範囲で放射し、Ｓ１１＝−９．５ｄＢで、空気誘導体材料内の前記アンテナの性能が１２０％超である、請求項２２に記載の方法。
【請求項２９】
前記アンテナが約３４６から約３０００ＧＨｚ超の周波数の範囲で放射し、Ｓ１１＝−９．５ｄＢで、空気誘導体内の前記アンテナの性能が約１５０％超である、請求項２２に記載の方法。
【請求項３０】
前記アンテナが約１４７から約５５９ＧＨｚの周波数の範囲で放射し、Ｓ１１＝−９．５ｄＢで、シリコン誘導体構造内の前記アンテナの性能が約１１６％である、請求項２２に記載の方法。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は一般に電磁エネルギー放射、電磁エネルギーまたは信号の送信および／または受信に関する。
【０００２】
より具体的には、本考案は、さまざまな周波数に隣接する超広帯域（ＵＷＢ）を提供する幾何学パターンを有するアンテナを提供する。
【背景技術】
【０００３】
ダイポールアンテナは大量の情報を送信または受信するための能力が制限されており、その結果、限定的な帯域を有することが知られている。
【０００４】
通信、位置決め、およびその他の用途のためのインパルス無線適用例を含むさまざまな適用例で、広帯域（ＵＷＢ）の性質を有するアンテナが所望されている。従来、ＵＷＢアンテナの主な用途はマルチバンド通信システムであった。そのようなマルチバンド通信システムには、さまざまな周波数の狭帯域信号を取り扱うことのできる超広帯域アンテナが必要である。
【０００５】
さまざまな技術が、等方性アンテナ、モノポールアンテナ、ダイポールアンテナ、開口アンテナ、ループアンテナなどの、異なる構造を有するアンテナを含む。
【０００６】
ボウタイアンテナは、外側に向かって開いた三角形のアームを備えるダイポールである。この形状により、通常のダイポールよりずっと広い帯域が得られる。
【０００７】
ケージダイポール（cage dipole）も同様な改造型で、ワイヤ製の「ケージ（かご）」で作られた太い円筒形のダイポール素子を使用することによって帯域を増大させる。
【０００８】
Ｖ型または四分円アンテナ（quadrant antenna）は、アームが平行ではなく角度をなす水平ダイポールである。四分円アンテナは、ほぼ全方向性の放射パターンを有する水平偏波アンテナを作るために使用できる点で注目に値する。
【０００９】
Ｇ５ＲＶアンテナは、対称型の給電線を備えるダイポールアンテナで、１：１のインピーダンス変換器としても働き、トランシーバからアンテナのインピーダンスが見えるようにする（この変換器はアンテナを５０Ωのトランシーバに整合させるのではない。実際には、インピーダンスは共振周波数では９０Ω前後のどこかになるが、他の周波数では著しく異なる）。
【００１０】
スローパーアンテナは傾斜したダイポールアンテナで、長距離通信に使用されるか、または制限された空間で使用される。
【００１１】
小型の手持ち式または携帯式システムでは、非分散的かつ全方向に放射する、効率的で物理的に小さなＵＷＢアンテナ構造体を得ることが望ましい。アンテナは、高信頼性かつ再現可能な品質で簡単に大量に製造できると特に有利である。そのようなアンテナは現在の技術で知られていないだけでなく、最新の教示によれば、そのようなアンテナは物理的に実現不可能である。
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【００１２】
小型で、給電構造に効率的に整合し、全方向に放射する広帯域アンテナの必要性が存在する。
【００１３】
したがって、通信のためのさまざまな適用例および要件に隣接する高い効率を有する独自のアンテナ設計に対する、長期にわたる切実な必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本考案の目的は、上記課題を解決するために、サブテラヘルツおよびテラヘルツ（ＴＨＺ）の信号を送信および／または受信するためのオンチップ集積化されたパターンアンテナを開示することであり、このパターンアンテナは、
半径（Ｒｘ）を有する第１の導電性円状ローブおよび半径（Ｒｃ）を有する第２の円状ローブを上記半径がＲｘ≧Ｒｃとなるように含む双円状構造を有する、第１の導電体と、
半径（Ｒｘ）を有する第１の導電性円状ローブおよび半径（Ｒｃ）を有する第２の円状ローブを上記半径がＲｘ≧Ｒｃとなるように含む双円状構造を有する、第２の導電体と、
を含み、
上記第１の双円状形および上記第２の双円状形はそれらによる少なくとも１つのポートによって特徴付けられ、上記第１の双円状形と上記第２の双円状形の間に交差の領域を有し、誘電性材料に集積されたときに約１００％帯域を超える超広帯域（ＵＷＢ）周波数応答を形成する。
【００１５】
本考案の別の目的はそのアンテナを開示することであり、上記アンテナは、ＳｉＯ２、シリコン、およびそれらの組み合わせから成るグループから選択された上記誘電性材料層に集積される、そのアンテナを開示する。
【００１６】
本考案の別の目的はそのアンテナを開示することであり、上記アンテナのＲｘは上記第１の円状形のＸ方向の半径である。
【００１７】
本考案の別の目的はそのアンテナを開示することであり、上記第１の円状ローブはＹ方向の半径（Ｒｙ）によって特徴付けられる。
【００１８】
本考案の別の目的はそのアンテナを開示することであり、上記第２の円状ローブはＹ方向の半径（Ｒｙ）によって特徴付けられる。
【００１９】
本考案の別の目的はそのアンテナを開示することであり、上記第１の双円状形および上記第２の双円状形は少なくとも１つの重複部分を、重複する領域が約０〜約１００％の間の範囲にわたるように有する。
【００２０】
本考案の別の目的はそのアンテナを開示することであり、上記アンテナの厚さは約０．１μｍ〜１００μｍである。
【００２１】
本考案の別の目的はそのアンテナを開示することであって、上記第１の導電性円状ローブおよび上記第２の導電性円状ローブが、上記ローブの中心間の距離（ｄ）によって、ｄ＝０のときは交差の面積がπＲｃ２で、ｄ≧２Ｒｃのときは交差の面積が０であるように特徴付けられる。
【００２２】
本考案の別の目的はそのアンテナを開示することであり、上記円状ローブは、円形、円盤、楕円、円錐、球形、ボール様、円筒、フープ、ループ、リング様、卵様、チューブ様、およびそれらの任意の組み合わせからなるグループから選択される形状を有する発振ローブである。
【００２３】
本考案の別の目的はそのアンテナを開示することであり、上記アンテナはコネクタを介してＣＭＯＳトランシーバチップ／検出器に電気結合されている。
【００２４】
本考案の別の目的は、上記のいずれかに開示されるとおりのアンテナを開示することであり、上記アンテナは、約２５８ＧＨｚから約２０００ＧＨｚ超の周波数の範囲で放射し、Ｓ１１＝−９．５ｄＢで、空気誘導体材料内の上記アンテナの性能は１２０％超である。
【００２５】
本考案の別の目的は上記のいずれかに開示されるとおりのアンテナを開示することであり、上記アンテナは約３４６から約３０００ＧＨｚ超の周波数の範囲で放射し、Ｓ１１＝−９．５ｄＢで、空気誘導体内の上記アンテナの性能は約１５０％超である。
【００２６】
本考案の別の目的は上記のいずれかに開示されるとおりのアンテナを開示することであり、上記アンテナは約１４７から約５５９ＧＨｚの周波数の範囲で放射し、Ｓ１１＝−９．５ｄＢで、シリコン誘導体構造内の上記アンテナの性能は約１１６％である。
【００２７】
本考案の別の目的は、サブテラヘルツおよびテラヘルツ（ＴＨＺ）の信号を送信および／または受信するための複数のパターンアンテナの行列を含むアンテナの幾何学配列を開示することであり、上記パターンアンテナは、半径（Ｒｘ）を有する第１の導電性円状ローブおよび半径（Ｒｃ）を有する第２の円状ローブを上記半径がＲｘ≧Ｒｃとなるように含む双円状構造を有する、第１の導電体と、半径（Ｒｘ）を有する第１の導電性円状ローブおよび半径（Ｒｃ）を有する第２の円状ローブを上記半径がＲｘ≧Ｒｃとなるように含む双円状構造を有する、第２の導電体とを含み、上記第２の双円状導電体が上記第１の双円状導電体に接続され、上記第１および第２の双円状形がそれらによる少なくとも１つのポートにより特徴付けられ、上記第１の双円状形と上記第２の双円状形の間に交差の領域を有し、誘電性材料に集積されたときに約１００％帯域を超える超広帯域（ＵＷＢ）周波数応答を形成する。
【００２８】
本考案の別の目的は上記のいずれかに開示されるとおりの配列を開示することであり、そこに、
ａ．４行×４列の上記アンテナ、
ｂ．３行×２列の上記アンテナ、
ｃ．４×４のアンテナ、
ｄ．３×４の異なる方向のアンテナ、および
ｅ．それらの任意の組み合わせからなるグループから選択される行列を備える。
【００２９】
本考案の別の目的は上記のいずれかに開示されるとおりの配列を開示することであり、上記幾何学配列はコネクタを介してＣＭＯＳトランシーバチップ／検出器に電気結合されている。
【００３０】
本考案の別の目的は上記のいずれかに開示されるとおりの配列を開示することであり、そこに、同一の構造を有する複数のアンテナをさらに備える。
【００３１】
本考案の別の目的は上記のいずれかに開示されるとおりの配列を開示することであり、そこに、異なる方向を有する複数のアンテナをさらに備える。
【００３２】
本考案の別の目的は上記のいずれかに開示されるとおりの配列を開示することであり、そこに、独立した構造を有する複数のアンテナをさらに備える。
【００３３】
本考案の別の目的は上記のいずれかに開示されるとおりの配列を開示することであり、上記円状ローブは、円形、円盤、楕円、円錐、球形、ボール様、円筒、フープ、ループ、リング様、卵様、チューブ様、およびそれらの任意の組み合わせからなるグループから選択される形状を有する発振ローブである。
【００３４】
本考案の別の目的は上記のいずれかに開示されるとおりの配列を開示することであり、上記アンテナ構造は、バイコニカルアンテナ、ボウタイまたはバタフライ様のアンテナ、レムニスケート様の形状、対数周期、対数螺旋、円錐螺旋のアンテナ、互いに駆動し合う２つの半球体から成るディッシュアンテナ、およびそれらの組み合わせから成るグループから選択される。
【００３５】
本考案の別の目的は、サブテラヘルツおよびテラヘルツ（ＴＨＺ）の信号を送信および／または受信するためのオンチップ集積化されたパターンアンテナを形成する方法を開示することであり、この方法は、
パターンアンテナであって、双円状構造を有する第２の導電体に接続された、双円状構造を有する第１の導電体を備え、上記第１の双円状形と上記第２の双円状形がそれらによる少なくとも１つのポートにより特徴付けられ、上記第１の双円状形と上記第２の双円状形の間に交差の領域を有し、上記双円状構造が半径（Ｒｘ）を有する第１の導電性円状ローブおよび半径（Ｒｃ）を有する第２の円状ローブを上記半径がＲｘ≧Ｒｃとなるように含み、第２の導電体が、半径（Ｒｘ）を有する第１の導電性円状ローブおよび半径（Ｒｃ）を有する第２の円状ローブを上記半径がＲｘ≧Ｒｃとなるように含む双円状構造を有する、パターンアンテナを提供するステップと、
パターンアンテナを誘電体材料の上部に配置し、それにより、約１００％帯域を超える超広帯域（ＵＷＢ）周波数応答を形成するステップと、を含む。
【００３６】
本考案の別の目的は上記のいずれかに開示したとおりの方法を開示することであり、上記アンテナは、ＳｉＯ２、シリコン、およびそれらの組み合わせから成るグループから選択された上記誘電性材料層に集積される。
【００３７】
本考案の別の目的は上記のいずれかに開示したとおりの配列を開示することであり、上記第１の双円状形および上記第２の双円状形は少なくとも１つの重複部分を、重複する領域が約０〜約１００％の間の範囲にわたるように有する。
【００３８】
本考案の別の目的は上記のいずれかに開示したとおりの配列を開示することであり、上記第１の導電性円状ローブおよび上記第２の導電性円状ローブを提供するステップは、上記ローブの中心間の距離（ｄ）によって、ｄ＝０のときは交差の面積がπＲｃ２で、ｄ≧２Ｒｃのときは交差の面積が０であるように特徴付けられる。
【００３９】
本考案の別の目的は上記のいずれかに開示したとおりの配列を開示することであり、上記円状ローブは、円形、円盤、楕円、円錐、球形、ボール様、円筒、フープ、ループ、リング様、卵様、チューブ様、およびそれらの任意の組み合わせからなるグループから選択される形状を有する発振ローブである。
【００４０】
本考案の別の目的は上記のいずれかに開示したとおりの配列を開示することであり、上記アンテナをコネクタを介してＣＭＯＳトランシーバチップ／検出器に電気結合するステップをさらに含む。
【００４１】
本考案の別の目的は上記のいずれかに開示したとおりの配列を開示することであり、上記アンテナは、約２５８ＧＨｚから約２０００ＧＨｚ超の周波数の範囲で放射し、Ｓ１１＝−９．５ｄＢで、空気誘導体材料内の上記アンテナの性能は１２０％超である。
【００４２】
本考案の別の目的は上記のいずれかに開示したとおりの配列を開示することであり、上記アンテナは約３４６から約３０００ＧＨｚ超の周波数の範囲で放射し、Ｓ１１＝−９．５ｄＢで、空気誘導体内の上記アンテナの性能は約１５０％超である。
【００４３】
本考案の別の目的は上記のいずれかに開示したとおりの配列を開示することであり、上記アンテナは約１４７から約５５９ＧＨｚの周波数の範囲で放射し、Ｓ１１＝−９．５ｄＢで、シリコン誘導体構造内の上記アンテナの性能は約１１６％である。
【００４４】
本考案およびその実際の履行をよりよく理解するために、次に複数の実施形態を、単に非制限的な例として、添付図面を参照しながら記載する。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１Ａ】本考案のアンテナの幾何学構造の概略図である。
【図１Ｂ】本考案のアンテナの幾何学構造の概略図である。
【図２】本考案のアンテナ性能の周波数（ＧＨｚ）とＳ１１の大きさ（ｄＢ）のグラフである。
【図３】本考案の、誘電体構造としてのシリコン内のアンテナ性能の周波数（ＧＨｚ）とＳ１１の大きさ（ｄＢ）のグラフである。
【図４】本考案の、誘電体構造としての空気内のアンテナ性能の周波数（ＧＨｚ）とＳ１１の大きさ（ｄＢ）のグラフである。
【図５】本考案のアンテナ幾何学配列の概略図である。
【図６】本考案の、誘電体構造としてのシリコン内のアンテナ性能の周波数（ＧＨｚ）とＳ１１の大きさ（ｄＢ）のグラフである。
【考案を実施するための形態】
【００４６】
下記の記載は、本考案のすべての章と共に、どのような当業者でも本考案を利用できるようにし、また、考案者により企図される、本考案を実行するための最良のモードを明記する。ただし、本考案の包括的な原理は電磁エネルギーまたは信号の送信および／または受信に有用なパターンアンテナのための手段および方法を提供するように特に定められているため、さまざまな修正形態がなおかつ当業者には明らかであろう。
【００４７】
本考案構成のアンテナは主として、インパルス無線ブロードキャストおよび／または超広帯域（ＵＷＢ）の適用例に向けたサブテラヘルツおよびテラヘルツ（ＴＨＺ）信号の送信および／または受信を対象とする。
【００４８】
「テラヘルツ信号」という用語は、本明細書では、ＩＴＵ指定の０．０３〜３テラヘルツの周波数帯の範囲内の電磁波から成る、サブミリメートル放射、テラヘルツ波、ＴＨＦ（ｔｒｅｍｅｎｄｏｕｓｌｙ  ｈｉｇｈ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）、Ｔ−ｒａｙ、Ｔ−ｗａｖｅｓ、Ｔ−ｌｉｇｈｔ、Ｔ−ｌｕｘ、またはＴＨｚを指す。加えて、本考案のテラヘルツ信号は、赤外線の範囲とマイクロ波の範囲の間にあるテラヘルツ範囲およびサブテラヘルツ範囲の中にある。
【００４９】
本考案のアンテナ構造は、非常に広い通過帯域にわたる動作特性を有する広帯域アンテナとして特徴付けられる。
【００５０】
本考案はアンテナ構造を提供し、この構造は、特に極めて広い周波数帯域の送受信を必要としながら中心周波数とは無関係な適用例に向けた、平面２次元（２Ｄ）形状を有してもよい。別の実施形態では、アンテナ構造は３次元（３Ｄ）形状を有してもよい。
【００５１】
本考案のアンテナは、空間を通って伝播する無線電波と、送信機または受信機で使用される金属導電体内を移動する電流との間の境界部を有する、モノポール、クウォートポール（quart-pole）、またはダイポールのアンテナであってもよい。送信では、無線送信機がアンテナの端子に電流を供給し、アンテナが電流からのエネルギーを電磁波（無線電波）として放射する。受信では、アンテナが電磁波の電力の一部を傍受して、その端子に電流を生み出し、その電流が受信機に加えられて増幅される。アンテナは無線機器に組み込まれてもよく、また無線放送、テレビ放送、双方向無線、通信受信機、レーダー、携帯電話、衛星通信およびその他の装置で使用されてもよい。
【００５２】
本考案は、電磁信号を送信および／または受信するための、オンチップ集積化したダイポールパターンアンテナを提供する。このパターンアンテナは、双円状構造を有する第１の導電体と、第１の双円状構造に接続された、双円状構造を有する第２の導電体を備える。双円状構造は、半径（Ｒｘ）を有する第１の導電性円状ローブおよび半径（Ｒｃ）を有する第２の導電性円状ローブをＲｘ≧Ｒｃとなるように含む。
【００５３】
本考案の別の実施形態では、双円状構造は、半径Ｒｘおよび任意選択でＲｙをそれぞれｘ軸とｙ軸上に有する第１の導電性円状ローブを備える。
【００５４】
本考案の別の実施形態では、第１の双円状形と第２の双円状形はそれらによる少なくとも１つのポートにより特徴付けられ、第１の双円状形と第２の双円状形の間に交差の領域を有する。この構成は、広い帯域にわたって１００％を超える効率を生み出す。したがって、約１００％帯域を超える超広帯域（ＵＷＢ）周波数応答が可能になる。
【００５５】
「チップ」という用語は、本明細書では、半導体材料の平らな小片の上の１組の電子回路からなる集積回路またはモノリシック集積回路を述べるために使用される。
【００５６】
「双円状」という用語は、本明細書では、２つの円、２つの楕円、楕円と円、または、２つの任意の円状形ローブの組み合わせでできた２次元幾何学構造を述べるために使用される。
【００５７】
２つの円は互いに重なり合ってもよく、互いに交差を形成してもよい。
【００５８】
最も好ましい実施形態では、「双円状」アンテナという用語は、少なくとも１本の軸についてほぼ対称に方向付けられた構造である。さらに、第１の双円状導電体と第２の双円状導電体は、左右対称である。「卵形」または「楕円形」の素子の好ましい一実施形態は、アンテナ内の平面の中で、空隙境界部との、ほぼ連続的に湾曲した交差を呈する。
【００５９】
双円状アンテナは、高電力、超広帯域で指向性または双方向性の、効率的な垂直偏波アンテナを有することにより特徴付けられる。
【００６０】
「楕円」、「卵形」、「楕円状」、「回転楕円面状」、「楕円体」または「楕円」という用語は、本明細書では、ある構造を述べるために使用され、その構造は平面内で２つの焦点を取り囲む曲線であって、その曲線上のすべての点においての２つの焦点からの距離の合計が一定である。
【００６１】
別の実施形態では、全体的に滑らかに湾曲した形状を有する３次元の素子がアンテナ構造にさらに使用されてもよい。
【００６２】
「円状」という用語は、本明細書では、全体的に滑らかに湾曲した形状を有するほぼ２次元の平面素子を示すために使用される。最も好ましい実施形態では、「円状」という用語は、円形、円盤、楕円形、円錐、球形、ボール様、円筒、フープ、ループ、リング様、卵様、チューブ様、およびそれらの任意の組み合わせからなるグループから選択される形状を示すために使用される。
【００６３】
最も好ましい実施形態では、第１の双円状導電性素子および第２の双円状導電性素子は、少なくとも１本の軸についてほぼ対称に方向付けられた平面部分を呈する。
【００６４】
本考案のアンテナは、受信機または送信機に電気接続された導電性素子の配列を備える。送信中は、送信機によってアンテナに加えられた発振する電流が、発振する電界と磁界をアンテナ素子の回りに作り出す。時間につれて変化するこれらの電界と磁界はアンテナから空間に向けて、移動する横方向の電磁界波としてエネルギーを放射する。逆に受信中は、入射する無線波の発振する電界と磁界がアンテナ素子の電子に力を及ぼして前後に移動させ、発振する電流をアンテナ内に形成する。
【００６５】
本明細書で使用するとき、「約Ｘ」または「およそＸ」とは、Ｘより２５％小さいところからＸより２５％大きいところまでの範囲（Ｘ±２５％）を指し、ときによってはＸ±２０％、Ｘ±１５％、好ましくはＸ±１０％を指す。
【００６６】
ここで図１Ａおよび１Ｂを参照する。これらの図は、本考案のダイポールアンテナの幾何学構造の概略を示す。このダイポールアンテナは平面の幾何学構造１を備え、それにより２次元構造（２Ｄ）を有し、サブテラヘルツおよびテラヘルツの範囲で電磁信号を送信および／または受信するために有用な、等しい電力を全水平方向に放出する。パターンアンテナ１は、双円状構造１０ａおよび１０ｂを有する第１の導電体と、双円状構造１１ａおよび１１ｂを有する第２の導電体とから成る。双円状構造１１ａおよび１１ｂを有する第２の導電体は、双円状構造１０ａおよび１０ｂを有する第１の導電体に所定の距離の空隙を有して接続されている。第１の双円状構造は、半径（Ｒｘ，Ｒｙ）を有する第１の導電性円状ローブＡすなわち１０ａ、および半径（Ｒｃ）を有する第２の導電性円状ローブＣすなわち１０ｂを、Ｒｘ，Ｒｙ≧Ｒｃとなるように含む。第２の双円状構造は、半径（Ｒｘ，Ｒｙ）を有する第１の導電性円状ローブＢすなわち１１ａ、および半径（Ｒｃ）を有する第２の導電性円状ローブＤすなわち１１ｂを、Ｒｘ，Ｒｙ≧Ｒｃとなるように含む。それにより、第１の双円状構造と第２の双円状構造は互いに対称である。
【００６７】
別の実施形態では、任意選択として、第１の導電性円状ローブＡおよび／または第２の導電性円状ローブＢは楕円形を有してもよく、よって、それぞれｘ軸とｙ軸上の半径ＲｘとＲｙによって特徴付けられる。
【００６８】
別の実施形態では、任意選択として、第１の導電性円状ローブＣおよび／または第２の導電性円状ローブＤは楕円形を有してもよく、よって、それぞれｘ軸とｙ軸上の半径ＲｃｘとＲｃｙによって特徴付けられる。
【００６９】
さらに、第１の双円状形と第２の双円状形はそれらによる少なくとも１つのポートにより特徴付けられ、第１の双円状形と第２の双円状形の間に空隙または交差の領域を有して描かれている。この幾何学構造により、約１００％帯域を超える超広帯域（ＵＷＢ）周波数応答が可能になる。
【００７０】
本考案の別の実施形態では、第１の導電性円状ローブと第２の導電性円状ローブは、ローブの中心間の距離（ｄ）によって、ｄ＝０のときは交差の面積がπＲ２で、ｄ≧Ｒｙ＋Ｒｃのときは交差の面積が０であるように特徴付けられる。
【００７１】
本考案の別の実施形態では、第１の双円状形および上記第２の双円状形はグラウンド平面を含み、このグラウンド平面は、少なくとも１つの重複部分を、重複する領域が約０〜約１００％の間の範囲にわたるように有する。
【００７２】
図１Ａにさらに示すように、双円状構造を有する第１の導電体と双円状構造を有する第２の導電体は、楕円形状を有する第１の円状ローブ１０ａを含み、この円状ローブ１０ａは、第２の円状ローブとしての、それより小さな円状形１０ｂに結合されている。アンテナの主要部分は２つの導電性の楕円状ローブＡおよびＢ、ならびに、それぞれ第１の楕円状構成要素に接触する２つの追加の楕円状導電性ローブＣおよびＤである。
【００７３】
楕円状部分Ａ、Ｂ、ＣおよびＤはどのような偏心率を有することもできる。円状ローブＣ、Ｄは、０≦２Ｒｃ，２Ｒｄ≦２Ｒｘの範囲の直径を有することができる。
【００７４】
円形ローブＡ、Ｂは、２Ｒｘ，２Ｒｙ≦２Ｒｃ，２Ｒｄの範囲の直径を有してもよい。
【００７５】
他の実施形態では、アンテナのローブのそれぞれは互いに対して独立した方向に向けられることができる。アンテナ部分Ａ、Ｂ、Ｃ、およびＤはそれぞれ、必要な別々の厚さを有することもできる。アンテナ材料は導電性材料から作ることができる。アンテナ円形ローブ間の重複（ＡとＣ、ＢとＤ）は、接点から全体的な包含までとすることができる（それぞれ、ＣとＤが互いに重複し、鏡映としてＡとＢが互いに重複する）。
【００７６】
アンテナの発振ローブＡとＢの間の空隙は、最適化のパラメータである。
【００７７】
図１Ｂは双円状構造を有する第１の導電体および双円状構造を有する第２の導電体を示し、それぞれは、互いに接続する２つの楕円からなる構造を有する第１および第２の円形ローブを含む。
【００７８】
広帯域周波数応答は中心周波数とは無関係で、中心周波数は対象のスペクトル全体にわたって変動することができる。アンテナ構造は、要求される周波数に達するどのような直径を有することもできる。
【００７９】
本考案の別の実施形態では、半径（Ｒｘ）を有する第１の導電性円状ローブ１０ａおよび半径（Ｒｃ）を有する第２の円状ローブ１０ｂはそれらによる接点を有してもよく、２つの仮想点、単一の縮退点、または２つの別個の点で交差してもよい。したがって、円が交差する重複領域２０、２１は、重複のない０％から１００％の重複までの範囲にわたってもよい。
【００８０】
図１Ｂに示すように、メインローブＡとサイドローブＣは各ローブ面積の約５０％未満で互いに重複する。
【００８１】
２つの円の交差は１本のラディカル線を画定する。３つの円が互いに単一の点で交差する場合は、その交差点はペアをなしたラディカル線の交差部分、すなわちラディカル中心である。
【００８２】
図１Ｂに示すパターンアンテナは、双円状構造１０ａおよび１０ｂを有する第１の導電体と、双円状構造１１ａおよび１１ｂを有する第２の導電体とから成る。双円状構造１１ａおよび１１ｂを有する第２の導電体は、双円状構造１０ａおよび１０ｂを有する第１の導電体に所定の距離の空隙２２を有して接続されている。
【００８３】
図２を参照すると、本考案のアンテナ性能の周波数（ＧＨｚ）と利得（ｄＢ）のグラフが示されている。このグラフはダイポールアンテナの効率と性能を示す。試験したアンテナは、第１の双円状構造が第２の双円状構造に接続された構造を有し、第１と第２の双円状素子は、楕円形を有する第１の円形ローブを含み、この円形ローブは、それよりも小さい第２の円形ローブとしての円形（Ｒｘ≧Ｒｃ）との交差を有する。
【００８４】
本考案のアンテナは、どのような誘電性の材料または基板もそれに接触していないときに最良の性能を発揮する。つまり、可能な限り空気中で独立したアンテナが望ましい。オンチップ集積化アンテナの場合、誘電層は高い偏波性を有するＳｉＯ２、シリコン、ＰＴＦＥ、または他の任意の誘電性材料または絶縁体で、半導体野の中ではなく、アンテナの上方または下方に存在する。このシリコンベースのアンテナはさらに、主として遠距離通信波長でのアンテナ性能の促進、高信頼性および、偏波に影響されない光検出のために提供される。
【００８５】
超広帯域（ＵＷＢ）を有する図１Ａの楕円状アンテナでの、両方の場合の帯域の比較の例。
【００８６】
試験した楕円状アンテナは、オンチップ集積型の場合は−９．５ｄＢで１１５％帯域（ＢＷ）を有し、同じ形状が空中では１５０％超のＢＷを有する（最適化すれば両方の場合でさらに広いＷＢが得られる）が、どの場合でも、空気中のＢＷの方が広くなる。
【００８７】
アンテナ構造のパラメータは次のとおりである。
Ｒｘ：楕円のＸ方向の半径
Ｒｃ：円Ｃの半径
Ｒｄ：円Ｄの半径
空隙：主楕円ローブ間の距離
重複：円形ローブを相互結合する交差の面積
【００８８】
図２のグラフに示すように、アンテナは約２５８ＧＨｚから約２０００ＧＨｚ超の周波数の範囲で最良の放射を行い、Ｓ１１＝−９．５ｄＢで、空気誘電材料内のアンテナ性能は１２０％超となる。アンテナの効率は、アンテナの利得と放射パターンによって定まる。
【００８９】
次に図３を参照すると、誘電性材料としてのシリコン内で下記の表１に示す特性を有する、図１Ａのアルミニウム製アンテナの利得のグラフが示されている。
【００９０】
【表１】
0003226611.tif 000003
【００９１】
このグラフは、約３００ＧＨｚで動作するように設計された半波長ダイポールアンテナのＳパラメータの結果を示す。
【００９２】
図３のグラフに示すように、このアンテナは、約１４７から約５５９ＧＨｚの周波数の範囲で最良の放射を行い、Ｓ１１＝−９．５ｄＢで、シリコンなどの誘導体材料または構造内のアンテナの性能は約１１６％である。
【００９３】
それにより、本考案のアンテナは広い帯域にわたって１００％を超える効率を生み出す。
【００９４】
別の実施形態では、アンテナのパラメータサイズを最適化の必要に応じて選択することができる。
【００９５】
次に図４を参照すると、空気誘電材料内で下記の表２に示す特性を有する、図１Ａのアルミニウム製アンテナの利得のグラフが示されている。
【００９６】
【表２】
0003226611.tif 000004
【００９７】
図４のグラフに示すように、このアンテナは、約３４６から約３０００ＧＨｚ超の周波数の範囲で最良の放射を行い、Ｓ１１＝−９．５ｄＢである。それにより、空気誘電体内のアンテナの性能は約１５０％超である。
【００９８】
よって、本考案のアンテナは、広い帯域にわたって１００％を超える効率を生み出す。本考案の別の実施形態では、本考案のアンテナは、ミクロンサイズの形状を有する、さまざまな電子装置、センサ、レーダーまたは、任意のチップ構造に使用されてもよい。
【００９９】
本考案の別の実施形態では、本考案の別の実施形態では、アンテナはＳｉＯ２、シリコン、空気およびそれらの組み合わせから成るグループから選択された誘電体層に集積またはプリントされる。
【０１００】
本考案の別の実施形態では、アンテナは、第１の円状形のＸ方向の半径Ｒｘおよび第２の円状ローブの半径Ｒｃによって特徴付けられる。
【０１０１】
本考案の別の実施形態では、アンテナは、第１の円状形のＹ方向の半径Ｒｙによって特徴付けられる。
【０１０２】
本考案の別の実施形態では、アンテナの厚さは約０．１〜１００μｍである。
【０１０３】
本考案の別の実施形態では、円状ローブは、円形、円盤、楕円、円錐、球形、ボール様、円筒、フープ、ループ、リング様、チューブ様、およびそれらの任意の組み合わせからなるグループから選択される形状を有する発振ローブである。
【０１０４】
本考案の別の実施形態では、本考案のアンテナ配列はブロードバンドおよび／または広帯域性能を示し、バイコニカルアンテナ、ボウタイまたはバタフライ様のアンテナ、レムニスケート様の形状、対数周期、対数螺旋、円錐螺旋のアンテナ、バイコニカルアンテナ、互いに駆動し合う２つの半球体から成るディッシュアンテナ、およびそれらの組み合わせから成るグループから選択されるアンテナ構造をさらに含んでもよい。
【０１０５】
本考案の別の実施形態では、アンテナは全方向性広帯域の指向性アンテナである。
【０１０６】
本考案の別の実施形態では、本考案の双円状アンテナは、円状形、楕円形、または矩形のループ型導電体を含んでもよい。ループアンテナの基本的特性は、その形状とは無関係である。これらは３ＧＨｚ前後の周波数の通信リンクで広く使用されている。これらのアンテナは、マイクロ波帯域で電磁場プローブとしても使用することができる。ダイポールアンテナおよびモノポールアンテナと同様に、ループアンテナも周囲長によりアンテナの効率が決まる。これらのアンテナは、ループの周囲長に基づいて電気的小型と電気的大型の２タイプにさらに分類される。
【０１０７】
本考案のアンテナは、線形偏波、楕円または円形偏波を可能にするパターンを有する。
【０１０８】
本考案の別の実施形態では、アンテナはコネクタを介してＣＭＯＳトランシーバチップ／検出器に電気結合されている。
【０１０９】
本考案は、サブテラヘルツ信号およびテラヘルツ信号を受容するための複数のダイポールアンテナの幾何学配列を有する受信および／または送信の装置を形成するシステムおよび方法をさらに提供する。この受信および／または送信の装置は、ダイ上に、またはダイの上部層内に複数のダイポールアンテナを有してチップ製造工程により形成されたダイ構造を含む。
【０１１０】
図５を参照すると、本考案の複数のパターンアンテナを含む、幾何学配列および／または所定の行列構成が示されている。図示されるように、それぞれが円状ローブに接続された楕円形ローブから成り、各ピクセルが４００×４００ミクロンである１６個の双円形アンテナの配列３０が、誘電性材料としてのシリコンに集積されている。
【０１１１】
図６は、図６に示す１６個のアンテナの配列のＳ１１の大きさと周波数のグラフを示す。−９．５ｄＢのラインより下の周波数帯は約１２３ＧＨｚから約５７７ＧＨｚ（ＢＷ＝４５４）で、中心周波数は３５０ＧＨｚなので、４５４／３５０は約１．３であるからＢＷは約１３０％となる。これは、シリコン誘電材料／基板上の超広帯域アンテナである。
【０１１２】
他の実施形態では、追加の行列が４行４列のアンテナまたは３行２列のアンテナを含んでもよい。
【０１１３】
本考案の別の実施形態では、特定の偏波の信号または、そのアンテナに適合する偏波の信号の一部を受信するための４×４のアンテナ。
【０１１４】
本考案の別の実施形態では、さまざまな形状のアンテナを使用してもよい。本開示のいくつかの実施形態では、ダイ上のアンテナはすべて同じ形状であるか、あるいは、いくつかがある形状で、いくつかが別の形状である。同様に、ダイ上のアンテナはすべて同じ方向であってもよいし、いくつかがある方向で、いくつかが別の方向であってもよい。
【０１１５】
本考案の別の実施形態では、方向の異なる３×４のアンテナ配列が、例えば、水平、垂直、円状、右、または左などの、異なる方向からの信号および／または異なる偏波を有する信号を、例えば、受信する。
【０１１６】
本考案のいくつかの実施形態では、各アンテナは、例えば異なるサイズのアンテナを有することにより、異なる波長および／または周波数に対して設計される。各アンテナが信号の異なる部分（例えば、異なる偏波、周波数）を受信するので、任意選択として、これによってさまざまな撮像技法が可能になる。
【０１１７】
本考案の別の実施形態では、複数のアンテナが幾何学配列を形成するように配置される。任意選択として、すべてのアンテナが同一である。あるいは、アンテナのいくつかが異なる方向を有する。あるいはまた、アンテナのいくつかが異なる。本開示の例示的一実施形態では、各アンテナは１対のバイアコネクタによってＣＭＯＳトランシーバおよび／または送信機チップ／検出器に電気結合される。任意選択として、バイアコネクタはダイ内の穴に、ダイ内でバイアコネクタと金属層の間にクリアランスを設けて置かれる。本開示の例示的一実施形態では、バイアコネクタは、金属層との間の導電性ビームによって支持された積層金属層を含む。任意選択として、金属絶縁層は多孔質で、その孔はダイの誘電性材料で満たされている。本開示の例示的一実施形態では、撮像センサはダイと同じ集積回路パッケージ内に低雑音増幅器を含む。任意選択として、低雑音増幅器はダイの下に配置される。本開示の例示的一実施形態では、低雑音増幅器はダイの下に逆さに配置される。任意選択として、撮像センサは、アンテナが受信したテラヘルツ信号を収束させるように、上部をレンズ形状としてパッケージされる。
【０１１８】
本開示のいくつかの実施形態では、ダイ上のアンテナはすべて同じ形状であるか、あるいは、いくつかはある形状で、いくつかは別の形状である。同様に、ダイ上のアンテナはすべて同じ方向であってもよいし、または、いくつかがある方向で、いくつかが別の方向であってもよい。
【０１１９】
本考案の別の実施形態では、各アンテナは、ダイ内のアンテナの下に配置されたトランシーバチップ／トランシーバチップ／検出器に電気結合される。加えて、ダイの中のＣＭＯＳトランシーバチップ／検出器の上、かつアンテナの下に、金属絶縁層が形成される。金属皮膜層がダイの下に形成され、かつ／または、ダイの下にリードフレームを取り付けるためにシルバーエポキシ接着剤の層がダイの下に使用される。
【０１２０】
本考案の別の実施形態では、アンテナは、銅、金、アルミニウム、または他の金属もしくは金属合金からなるグループから選択される材料でできたダイポール金属アンテナである。
【０１２１】
本考案の別の実施形態では、誘電性材料または基板、誘電性材料の高さ、および硬化性充填材料は、測定される特定の範囲のテラヘルツ信号の波長にアンテナの寸法が対応し、それらの波長について最適な利得が得られるように選択される。
【０１２２】
本考案の別の実施形態では、双円状構造アンテナの利得は動作周波数帯にわたって著しく安定する。
【０１２３】
本考案は、サブテラヘルツおよびテラヘルツ（ＴＨＺ）の信号を送信および／または受信するためのオンチップ集積化されたパターンアンテナを形成する方法をさらに提供し、この方法は、第１の平面双円状構造を含むパターンアンテナを提供するステップを含む。第２の双円状構造へ第１の双円状構造。第１の双円状形と第２の双円状形はそれらによる少なくとも１つのポートにより特徴付けられ、第１の双円状形と第２の双円状形の間に交差の領域を有する。双円状構造は、半径（Ｒｘ）を有する第１の導電性円状ローブおよび半径（Ｒｃ）を有する第２の導電性円状ローブをＲｘ≧Ｒｃとなるように備え、かつ第２の双円状構造を備える。
【０１２４】
この方法は、上記パターンアンテナを誘電体材料の上部に配置し、それにより、約１００％帯域を超える超広帯域（ＵＷＢ）周波数応答を形成することをさらに含む。
【０１２５】
本考案の別の目的は上記のいずれかに開示したとおりの方法を開示することであり、第１の双円状形および第２の双円状形は少なくとも１つの重複部分を、重複する領域が約０〜約１００％の間の範囲にわたるように有する。
【０１２６】
本考案の別の目的は上記のいずれかに開示したとおりの方法を開示することであり、第１の導電性円状ローブおよび第２の導電性円状ローブを提供することは、ローブの中心間の距離（ｄ）によって、ｄ＝０のときは交差の面積がπＲｃ２で、ｄ≧Ｒｙ＋Ｒｃのときは交差の面積が０であるように特徴付けられる。
【０１２７】
本考案の別の目的は上記のいずれかに開示したとおりの方法を開示することであり、円状ローブは、円形、円盤、楕円、円錐、球形、ボール様、円筒、フープ、ループ、リング様、卵様、チューブ様、およびそれらの任意の組み合わせからなるグループから選択される形状を有する発振ローブである。
【０１２８】
本考案の別の目的は上記のいずれかに開示したとおりの方法を開示することであり、アンテナをコネクタを介してＣＭＯＳトランシーバチップ／検出器に電気結合するステップをさらに含む。
【０１２９】
本考案の別の目的は上記のいずれかに開示したとおりの方法を開示することであり、アンテナは、約２５８ＧＨｚから約２０００ＧＨｚ超の周波数の範囲で放射し、Ｓ１１＝−９．５ｄＢで、空気誘導体材料内のアンテナの性能は１２０％超である。
【０１３０】
本考案の別の目的は上記のいずれかに開示したとおりの方法を開示することであり、アンテナは約３４６から約３０００ＧＨｚ超の周波数の範囲で放射し、Ｓ１１＝−９．５ｄＢで、空気誘導体内のアンテナの性能は約１５０％超である。
【０１３１】
本考案の別の目的は上記のいずれかに開示したとおりの方法を開示することであり、アンテナは約１４７から約５５９ＧＨｚの周波数の範囲で放射し、Ｓ１１＝−９．５ｄＢで、シリコン誘導体構造内のアンテナの性能は約１１６％である。
【図１Ａ】
0003226611.tif 000005
【図１Ｂ】
0003226611.tif 000006
0003226611.tif 000007
【図２】
0003226611.tif 000008
【図３】
0003226611.tif 000009
【図４】
0003226611.tif 000010
【図５】
0003226611.tif 000011
【図６】
0003226611.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成31年1月22日(2019.1.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
サブテラヘルツおよびテラヘルツ（ＴＨＺ）の信号を送信および／または受信するためのオンチップ集積化されたパターンアンテナであって、
第１の半径Ｒｘ１を有する第１の導電性円状ローブおよび第２の半径Ｒｃを有する第２の導電性円状ローブを、Ｒｘ１≧Ｒｃとなるように含む第１の双円状構造を有する第１の導電体と、
第３の半径Ｒｘ３を有する第３の導電性円状ローブおよび前記第２の半径Ｒｃを有する第４の円状ローブを、Ｒｘ３≧Ｒｃとなるように含む第２の双円状構造を有する第２の導電体であって、当該第２の導電体が前記第１の導電体に接続された、第２の導電体と、
を含み、
前記第１の双円状構造および前記第２の双円状構造が少なくとも１つのポートによって特徴付けられ、それにより前記第１の双円状構造と前記第２の双円状構造の間に交差の領域を有し、誘電性材料に集積されたときに約１００％を超える帯域の超広帯域（ＵＷＢ）周波数応答を形成する、パターンアンテナ。
【請求項２】
前記アンテナが、ＳｉＯ２、シリコン、およびそれらの組み合わせから成るグループから選択された前記誘電性材料層に集積される、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項３】
前記第１の半径Ｒｘ１が前記第１の導電性円状ローブのＸ方向の半径であり、前記第３の半径Ｒｘ３が前記第３の導電性円状ローブのＸ方向の半径である、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項４】
前記第１の導電体の前記第１の導電性円状ローブがＹ方向の第４の半径Ｒｙ４によって特徴付けられる、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項５】
前記第２の導電性円状ローブがＹ方向の第５の半径Ｒｙ５によって特徴付けられる、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項６】
前記第１の双円状構造および前記第２の双円状構造が少なくとも１つの重複部分を、重複する領域が約０〜約１００％の間の範囲にわたるように有する、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項７】
前記アンテナが約０．１μｍ〜１００μｍの厚さである、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項８】
前記第１の導電体および前記第２の導電体の少なくとも１つの、前記第１の導電性円状ローブおよび前記第２の導電性円状ローブが、前記ローブの中心間の距離ｄによって、ｄ＝０のときには前記交差の面積がπＲｃ２で、請求項４を引用する場合はｄ≧Ｒｙ４＋Ｒｃ、請求項５を引用する場合はｄ≧Ｒｙ５＋Ｒｃのときには前記交差の面積が０であるように特徴付けられる、請求項４または５に記載のアンテナ。
【請求項９】
前記第１の導電性円状ローブおよび前記第２の導電性円状ローブの少なくとも１つが、円形、円盤、楕円、円錐、球形、ボール様、円筒、フープ、ループ、リング様、卵様、チューブ様、およびそれらの任意の組み合わせからなるグループから選択される形状を有する発振ローブである、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項１０】
当該アンテナがコネクタを介してＣＭＯＳトランシーバチップ／検出器に電気結合されている、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項１１】
当該アンテナが約２５８ＧＨｚから約２０００ＧＨｚ超の周波数の範囲で放射し、Ｓ１１＝−９．５ｄＢで、空気誘導体材料内の当該アンテナの性能が１２０％超である、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項１２】
当該アンテナが約３４６から約３０００ＧＨｚ超の周波数の範囲で放射し、Ｓ１１＝−９．５ｄＢで、空気誘導体内の当該アンテナの性能が約１５０％超である、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項１３】
当該アンテナが約１４７から約５５９ＧＨｚの周波数の範囲で放射し、Ｓ１１＝−９．５ｄＢで、シリコン誘導体構造内の当該アンテナの性能が約１１６％である、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項１４】
サブテラヘルツおよびテラヘルツ（ＴＨＺ）の信号を送信および／または受信するための複数のパターンアンテナの行列を含む、アンテナの幾何学配列であって、前記パターンアンテナが、
第１の半径Ｒｘ１を有する第１の導電性円状ローブおよび第２の半径Ｒｃを有する第２の導電性円状ローブを、Ｒｘ１≧Ｒｃとなるように含む第１の双円状構造を有する第１の導電体と、
第３の半径Ｒｘ３を有する第３の導電性円状ローブおよび前記第２の半径Ｒｃを有する第４の円状ローブを、Ｒｘ３≧Ｒｃとなるように含む第２の双円状構造を有する第２の導電体であって、当該第２の導電体が前記第１の導電体に接続された、第２の導電体と、
を含み、
前記第１の双円状構造および前記第２の双円状構造が少なくとも１つのポートによって特徴付けられ、それにより前記第１の双円状構造と前記第２の双円状構造の間に交差の領域を有し、約１００％を超える帯域の超広帯域（ＵＷＢ）周波数応答を形成する、
幾何学配列。
【請求項１５】
ａ．前記アンテナの４行×４列、
ｂ．前記アンテナの３行×２列、
ｃ．４×４のアンテナ、
ｄ．３×４の異なる方向のアンテナ、および
ｅ．それらの任意の組み合わせ、
から成るグループから選択される行列を含む、請求項１４に記載の幾何学配列。
【請求項１６】
当該幾何学配列がコネクタを介してＣＭＯＳトランシーバチップ／検出器に電気結合された、請求項１４に記載の幾何学配列。
【請求項１７】
同一構造を有する複数のアンテナをさらに備える、請求項１４に記載の幾何学配列。
【請求項１８】
異なる方向を有する複数のアンテナをさらに備える、請求項１４に記載の幾何学配列。
【請求項１９】
構造が異なる複数のアンテナをさらに備える、請求項１４に記載の幾何学配列。
【請求項２０】
前記第１の導電性円状ローブおよび前記第２の導電性円状ローブの少なくとも１つが、円形、円盤、楕円、円錐、球形、ボール様、円筒、フープ、ループ、リング様、卵様、チューブ様、およびそれらの任意の組み合わせからなるグループから選択される形状を有する発振ローブである、請求項１４に記載の幾何学配列。
【請求項２１】
前記アンテナ構造が、バイコニカルアンテナ、ボウタイまたはバタフライ様のアンテナ、レムニスケート様の形状、対数周期、対数螺旋、円錐螺旋のアンテナ、バイコニカルアンテナ、互いに駆動し合う２つの半球体の丸くされた側から成るディッシュアンテナ、およびそれらの組み合わせから成るグループから選択される、請求項１７から１９のいずれか一項に記載の幾何学配列。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は一般に電磁エネルギー放射、電磁エネルギーまたは信号の送信および／または受信に関する。
【０００２】
より具体的には、本考案は、さまざまな周波数に隣接する超広帯域（ＵＷＢ）を提供する幾何学パターンを有するアンテナを提供する。
【背景技術】
【０００３】
ダイポールアンテナは大量の情報を送信または受信するための能力が制限されており、その結果、限定的な帯域を有することが知られている。
【０００４】
通信、位置決め、およびその他の用途のためのインパルス無線適用例を含むさまざまな適用例で、広帯域（ＵＷＢ）の性質を有するアンテナが所望されている。従来、ＵＷＢアンテナの主な用途はマルチバンド通信システムであった。そのようなマルチバンド通信システムには、さまざまな周波数の狭帯域信号を取り扱うことのできる超広帯域アンテナが必要である。
【０００５】
さまざまな技術が、等方性アンテナ、モノポールアンテナ、ダイポールアンテナ、開口アンテナ、ループアンテナなどの、異なる構造を有するアンテナを含む。
【０００６】
ボウタイアンテナは、外側に向かって開いた三角形のアームを備えるダイポールである。この形状により、通常のダイポールよりずっと広い帯域が得られる。
【０００７】
ケージダイポール（cage dipole）も同様な改造型で、ワイヤ製の「ケージ（かご）」で作られた太い円筒形のダイポール素子を使用することによって帯域を増大させる。
【０００８】
Ｖ型または四分円アンテナ（quadrant antenna）は、アームが平行ではなく角度をなす水平ダイポールである。四分円アンテナは、ほぼ全方向性の放射パターンを有する水平偏波アンテナを作るために使用できる点で注目に値する。
【０００９】
Ｇ５ＲＶアンテナは、対称型の給電線を備えるダイポールアンテナで、１：１のインピーダンス変換器としても働き、トランシーバからアンテナのインピーダンスが見えるようにする（この変換器はアンテナを５０Ωのトランシーバに整合させるのではない。実際には、インピーダンスは共振周波数では９０Ω前後のどこかになるが、他の周波数では著しく異なる）。
【００１０】
スローパーアンテナは傾斜したダイポールアンテナで、長距離通信に使用されるか、または制限された空間で使用される。
【００１１】
小型の手持ち式または携帯式システムでは、非分散的かつ全方向に放射する、効率的で物理的に小さなＵＷＢアンテナ構造体を得ることが望ましい。アンテナは、高信頼性かつ再現可能な品質で簡単に大量に製造できると特に有利である。そのようなアンテナは現在の技術で知られていないだけでなく、最新の教示によれば、そのようなアンテナは物理的に実現不可能である。
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【００１２】
小型で、給電構造に効率的に整合し、全方向に放射する広帯域アンテナの必要性が存在する。
【００１３】
したがって、通信のためのさまざまな適用例および要件に隣接する高い効率を有する独自のアンテナ設計に対する、長期にわたる切実な必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本考案の目的は、上記課題を解決するために、サブテラヘルツおよびテラヘルツ（ＴＨＺ）の信号を送信および／または受信するためのオンチップ集積化されたパターンアンテナを開示することであり、このパターンアンテナは、
半径（Ｒｘ）を有する第１の導電性円状ローブおよび半径（Ｒｃ）を有する第２の円状ローブを上記半径がＲｘ≧Ｒｃとなるように含む双円状構造を有する、第１の導電体と、
半径（Ｒｘ）を有する第１の導電性円状ローブおよび半径（Ｒｃ）を有する第２の円状ローブを上記半径がＲｘ≧Ｒｃとなるように含む双円状構造を有する、第２の導電体と、
を含み、
上記第１の双円状形および上記第２の双円状形はそれらによる少なくとも１つのポートによって特徴付けられ、上記第１の双円状形と上記第２の双円状形の間に交差の領域を有し、誘電性材料に集積されたときに約１００％帯域を超える超広帯域（ＵＷＢ）周波数応答を形成する。
【００１５】
本考案の別の目的はそのアンテナを開示することであり、上記アンテナは、ＳｉＯ２、シリコン、およびそれらの組み合わせから成るグループから選択された上記誘電性材料層に集積される、そのアンテナを開示する。
【００１６】
本考案の別の目的はそのアンテナを開示することであり、上記アンテナのＲｘは上記第１の円状形のＸ方向の半径である。
【００１７】
本考案の別の目的はそのアンテナを開示することであり、上記第１の円状ローブはＹ方向の半径（Ｒｙ）によって特徴付けられる。
【００１８】
本考案の別の目的はそのアンテナを開示することであり、上記第２の円状ローブはＹ方向の半径（Ｒｙ）によって特徴付けられる。
【００１９】
本考案の別の目的はそのアンテナを開示することであり、上記第１の双円状形および上記第２の双円状形は少なくとも１つの重複部分を、重複する領域が約０〜約１００％の間の範囲にわたるように有する。
【００２０】
本考案の別の目的はそのアンテナを開示することであり、上記アンテナの厚さは約０．１μｍ〜１００μｍである。
【００２１】
本考案の別の目的はそのアンテナを開示することであって、上記第１の導電性円状ローブおよび上記第２の導電性円状ローブが、上記ローブの中心間の距離（ｄ）によって、ｄ＝０のときは交差の面積がπＲｃ２で、ｄ≧２Ｒｃのときは交差の面積が０であるように特徴付けられる。
【００２２】
本考案の別の目的はそのアンテナを開示することであり、上記円状ローブは、円形、円盤、楕円、円錐、球形、ボール様、円筒、フープ、ループ、リング様、卵様、チューブ様、およびそれらの任意の組み合わせからなるグループから選択される形状を有する発振ローブである。
【００２３】
本考案の別の目的はそのアンテナを開示することであり、上記アンテナはコネクタを介してＣＭＯＳトランシーバチップ／検出器に電気結合されている。
【００２４】
本考案の別の目的は、上記のいずれかに開示されるとおりのアンテナを開示することであり、上記アンテナは、約２５８ＧＨｚから約２０００ＧＨｚ超の周波数の範囲で放射し、Ｓ１１＝−９．５ｄＢで、空気誘導体材料内の上記アンテナの性能は１２０％超である。
【００２５】
本考案の別の目的は上記のいずれかに開示されるとおりのアンテナを開示することであり、上記アンテナは約３４６から約３０００ＧＨｚ超の周波数の範囲で放射し、Ｓ１１＝−９．５ｄＢで、空気誘導体内の上記アンテナの性能は約１５０％超である。
【００２６】
本考案の別の目的は上記のいずれかに開示されるとおりのアンテナを開示することであり、上記アンテナは約１４７から約５５９ＧＨｚの周波数の範囲で放射し、Ｓ１１＝−９．５ｄＢで、シリコン誘導体構造内の上記アンテナの性能は約１１６％である。
【００２７】
本考案の別の目的は、サブテラヘルツおよびテラヘルツ（ＴＨＺ）の信号を送信および／または受信するための複数のパターンアンテナの行列を含むアンテナの幾何学配列を開示することであり、上記パターンアンテナは、半径（Ｒｘ）を有する第１の導電性円状ローブおよび半径（Ｒｃ）を有する第２の円状ローブを上記半径がＲｘ≧Ｒｃとなるように含む双円状構造を有する、第１の導電体と、半径（Ｒｘ）を有する第１の導電性円状ローブおよび半径（Ｒｃ）を有する第２の円状ローブを上記半径がＲｘ≧Ｒｃとなるように含む双円状構造を有する、第２の導電体とを含み、上記第２の双円状導電体が上記第１の双円状導電体に接続され、上記第１および第２の双円状形がそれらによる少なくとも１つのポートにより特徴付けられ、上記第１の双円状形と上記第２の双円状形の間に交差の領域を有し、誘電性材料に集積されたときに約１００％帯域を超える超広帯域（ＵＷＢ）周波数応答を形成する。
【００２８】
本考案の別の目的は上記のいずれかに開示されるとおりの配列を開示することであり、そこに、
ａ．４行×４列の上記アンテナ、
ｂ．３行×２列の上記アンテナ、
ｃ．４×４のアンテナ、
ｄ．３×４の異なる方向のアンテナ、および
ｅ．それらの任意の組み合わせからなるグループから選択される行列を備える。
【００２９】
本考案の別の目的は上記のいずれかに開示されるとおりの配列を開示することであり、上記幾何学配列はコネクタを介してＣＭＯＳトランシーバチップ／検出器に電気結合されている。
【００３０】
本考案の別の目的は上記のいずれかに開示されるとおりの配列を開示することであり、そこに、同一の構造を有する複数のアンテナをさらに備える。
【００３１】
本考案の別の目的は上記のいずれかに開示されるとおりの配列を開示することであり、そこに、異なる方向を有する複数のアンテナをさらに備える。
【００３２】
本考案の別の目的は上記のいずれかに開示されるとおりの配列を開示することであり、そこに、独立した構造を有する複数のアンテナをさらに備える。
【００３３】
本考案の別の目的は上記のいずれかに開示されるとおりの配列を開示することであり、上記円状ローブは、円形、円盤、楕円、円錐、球形、ボール様、円筒、フープ、ループ、リング様、卵様、チューブ様、およびそれらの任意の組み合わせからなるグループから選択される形状を有する発振ローブである。
【００３４】
本考案の別の目的は上記のいずれかに開示されるとおりの配列を開示することであり、上記アンテナ構造は、バイコニカルアンテナ、ボウタイまたはバタフライ様のアンテナ、レムニスケート様の形状、対数周期、対数螺旋、円錐螺旋のアンテナ、互いに駆動し合う２つの半球体から成るディッシュアンテナ、およびそれらの組み合わせから成るグループから選択される。
【００３５】
本考案の別の目的は上記のいずれかに開示したとおりの配列を開示することであり、上記第１の双円状形および上記第２の双円状形は少なくとも１つの重複部分を、重複する領域が約０〜約１００％の間の範囲にわたるように有する。
【００３６】
本考案の別の目的は上記のいずれかに開示したとおりの配列を開示することであり、上記第１の導電性円状ローブおよび上記第２の導電性円状ローブを提供するステップは、上記ローブの中心間の距離（ｄ）によって、ｄ＝０のときは交差の面積がπＲｃ２で、ｄ≧２Ｒｃのときは交差の面積が０であるように特徴付けられる。
【００３７】
本考案の別の目的は上記のいずれかに開示したとおりの配列を開示することであり、上記円状ローブは、円形、円盤、楕円、円錐、球形、ボール様、円筒、フープ、ループ、リング様、卵様、チューブ様、およびそれらの任意の組み合わせからなるグループから選択される形状を有する発振ローブである。
【００３８】
本考案の別の目的は上記のいずれかに開示したとおりの配列を開示することであり、上記アンテナをコネクタを介してＣＭＯＳトランシーバチップ／検出器に電気結合するステップをさらに含む。
【００３９】
本考案の別の目的は上記のいずれかに開示したとおりの配列を開示することであり、上記アンテナは、約２５８ＧＨｚから約２０００ＧＨｚ超の周波数の範囲で放射し、Ｓ１１＝−９．５ｄＢで、空気誘導体材料内の上記アンテナの性能は１２０％超である。
【００４０】
本考案の別の目的は上記のいずれかに開示したとおりの配列を開示することであり、上記アンテナは約３４６から約３０００ＧＨｚ超の周波数の範囲で放射し、Ｓ１１＝−９．５ｄＢで、空気誘導体内の上記アンテナの性能は約１５０％超である。
【００４１】
本考案の別の目的は上記のいずれかに開示したとおりの配列を開示することであり、上記アンテナは約１４７から約５５９ＧＨｚの周波数の範囲で放射し、Ｓ１１＝−９．５ｄＢで、シリコン誘導体構造内の上記アンテナの性能は約１１６％である。
【００４２】
本考案およびその実際の履行をよりよく理解するために、次に複数の実施形態を、単に非制限的な例として、添付図面を参照しながら記載する。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１Ａ】本考案のアンテナの幾何学構造の概略図である。
【図１Ｂ】本考案のアンテナの幾何学構造の概略図である。
【図２】本考案のアンテナ性能の周波数（ＧＨｚ）とＳ１１の大きさ（ｄＢ）のグラフである。
【図３】本考案の、誘電体構造としてのシリコン内のアンテナ性能の周波数（ＧＨｚ）とＳ１１の大きさ（ｄＢ）のグラフである。
【図４】本考案の、誘電体構造としての空気内のアンテナ性能の周波数（ＧＨｚ）とＳ１１の大きさ（ｄＢ）のグラフである。
【図５】本考案のアンテナ幾何学配列の概略図である。
【図６】本考案の、誘電体構造としてのシリコン内のアンテナ性能の周波数（ＧＨｚ）とＳ１１の大きさ（ｄＢ）のグラフである。
【考案を実施するための形態】
【００４４】
下記の記載は、本考案のすべての章と共に、どのような当業者でも本考案を利用できるようにし、また、考案者により企図される、本考案を実行するための最良のモードを明記する。ただし、本考案の包括的な原理は電磁エネルギーまたは信号の送信および／または受信に有用なパターンアンテナのための手段および方法を提供するように特に定められているため、さまざまな修正形態がなおかつ当業者には明らかであろう。
【００４５】
本考案構成のアンテナは主として、インパルス無線ブロードキャストおよび／または超広帯域（ＵＷＢ）の適用例に向けたサブテラヘルツおよびテラヘルツ（ＴＨＺ）信号の送信および／または受信を対象とする。
【００４６】
「テラヘルツ信号」という用語は、本明細書では、ＩＴＵ指定の０．０３〜３テラヘルツの周波数帯の範囲内の電磁波から成る、サブミリメートル放射、テラヘルツ波、ＴＨＦ（ｔｒｅｍｅｎｄｏｕｓｌｙ  ｈｉｇｈ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）、Ｔ−ｒａｙ、Ｔ−ｗａｖｅｓ、Ｔ−ｌｉｇｈｔ、Ｔ−ｌｕｘ、またはＴＨｚを指す。加えて、本考案のテラヘルツ信号は、赤外線の範囲とマイクロ波の範囲の間にあるテラヘルツ範囲およびサブテラヘルツ範囲の中にある。
【００４７】
本考案のアンテナ構造は、非常に広い通過帯域にわたる動作特性を有する広帯域アンテナとして特徴付けられる。
【００４８】
本考案はアンテナ構造を提供し、この構造は、特に極めて広い周波数帯域の送受信を必要としながら中心周波数とは無関係な適用例に向けた、平面２次元（２Ｄ）形状を有してもよい。別の実施形態では、アンテナ構造は３次元（３Ｄ）形状を有してもよい。
【００４９】
本考案のアンテナは、空間を通って伝播する無線電波と、送信機または受信機で使用される金属導電体内を移動する電流との間の境界部を有する、モノポール、クウォートポール（quart-pole）、またはダイポールのアンテナであってもよい。送信では、無線送信機がアンテナの端子に電流を供給し、アンテナが電流からのエネルギーを電磁波（無線電波）として放射する。受信では、アンテナが電磁波の電力の一部を傍受して、その端子に電流を生み出し、その電流が受信機に加えられて増幅される。アンテナは無線機器に組み込まれてもよく、また無線放送、テレビ放送、双方向無線、通信受信機、レーダー、携帯電話、衛星通信およびその他の装置で使用されてもよい。
【００５０】
本考案は、電磁信号を送信および／または受信するための、オンチップ集積化したダイポールパターンアンテナを提供する。このパターンアンテナは、双円状構造を有する第１の導電体と、第１の双円状構造に接続された、双円状構造を有する第２の導電体を備える。双円状構造は、半径（Ｒｘ）を有する第１の導電性円状ローブおよび半径（Ｒｃ）を有する第２の導電性円状ローブをＲｘ≧Ｒｃとなるように含む。
【００５１】
本考案の別の実施形態では、双円状構造は、半径Ｒｘおよび任意選択でＲｙをそれぞれｘ軸とｙ軸上に有する第１の導電性円状ローブを備える。
【００５２】
本考案の別の実施形態では、第１の双円状形と第２の双円状形はそれらによる少なくとも１つのポートにより特徴付けられ、第１の双円状形と第２の双円状形の間に交差の領域を有する。この構成は、広い帯域にわたって１００％を超える効率を生み出す。したがって、約１００％帯域を超える超広帯域（ＵＷＢ）周波数応答が可能になる。
【００５３】
「チップ」という用語は、本明細書では、半導体材料の平らな小片の上の１組の電子回路からなる集積回路またはモノリシック集積回路を述べるために使用される。
【００５４】
「双円状」という用語は、本明細書では、２つの円、２つの楕円、楕円と円、または、２つの任意の円状形ローブの組み合わせでできた２次元幾何学構造を述べるために使用される。
【００５５】
２つの円は互いに重なり合ってもよく、互いに交差を形成してもよい。
【００５６】
最も好ましい実施形態では、「双円状」アンテナという用語は、少なくとも１本の軸についてほぼ対称に方向付けられた構造である。さらに、第１の双円状導電体と第２の双円状導電体は、左右対称である。「卵形」または「楕円形」の素子の好ましい一実施形態は、アンテナ内の平面の中で、空隙境界部との、ほぼ連続的に湾曲した交差を呈する。
【００５７】
双円状アンテナは、高電力、超広帯域で指向性または双方向性の、効率的な垂直偏波アンテナを有することにより特徴付けられる。
【００５８】
「楕円」、「卵形」、「楕円状」、「回転楕円面状」、「楕円体」または「楕円」という用語は、本明細書では、ある構造を述べるために使用され、その構造は平面内で２つの焦点を取り囲む曲線であって、その曲線上のすべての点においての２つの焦点からの距離の合計が一定である。
【００５９】
別の実施形態では、全体的に滑らかに湾曲した形状を有する３次元の素子がアンテナ構造にさらに使用されてもよい。
【００６０】
「円状」という用語は、本明細書では、全体的に滑らかに湾曲した形状を有するほぼ２次元の平面素子を示すために使用される。最も好ましい実施形態では、「円状」という用語は、円形、円盤、楕円形、円錐、球形、ボール様、円筒、フープ、ループ、リング様、卵様、チューブ様、およびそれらの任意の組み合わせからなるグループから選択される形状を示すために使用される。
【００６１】
最も好ましい実施形態では、第１の双円状導電性素子および第２の双円状導電性素子は、少なくとも１本の軸についてほぼ対称に方向付けられた平面部分を呈する。
【００６２】
本考案のアンテナは、受信機または送信機に電気接続された導電性素子の配列を備える。送信中は、送信機によってアンテナに加えられた発振する電流が、発振する電界と磁界をアンテナ素子の回りに作り出す。時間につれて変化するこれらの電界と磁界はアンテナから空間に向けて、移動する横方向の電磁界波としてエネルギーを放射する。逆に受信中は、入射する無線波の発振する電界と磁界がアンテナ素子の電子に力を及ぼして前後に移動させ、発振する電流をアンテナ内に形成する。
【００６３】
本明細書で使用するとき、「約Ｘ」または「およそＸ」とは、Ｘより２５％小さいところからＸより２５％大きいところまでの範囲（Ｘ±２５％）を指し、ときによってはＸ±２０％、Ｘ±１５％、好ましくはＸ±１０％を指す。
【００６４】
ここで図１Ａおよび１Ｂを参照する。これらの図は、本考案のダイポールアンテナの幾何学構造の概略を示す。このダイポールアンテナは平面の幾何学構造１を備え、それにより２次元構造（２Ｄ）を有し、サブテラヘルツおよびテラヘルツの範囲で電磁信号を送信および／または受信するために有用な、等しい電力を全水平方向に放出する。パターンアンテナ１は、双円状構造１０ａおよび１０ｂを有する第１の導電体と、双円状構造１１ａおよび１１ｂを有する第２の導電体とから成る。双円状構造１１ａおよび１１ｂを有する第２の導電体は、双円状構造１０ａおよび１０ｂを有する第１の導電体に所定の距離の空隙を有して接続されている。第１の双円状構造は、半径（Ｒｘ，Ｒｙ）を有する第１の導電性円状ローブＡすなわち１０ａ、および半径（Ｒｃ）を有する第２の導電性円状ローブＣすなわち１０ｂを、Ｒｘ，Ｒｙ≧Ｒｃとなるように含む。第２の双円状構造は、半径（Ｒｘ，Ｒｙ）を有する第１の導電性円状ローブＢすなわち１１ａ、および半径（Ｒｃ）を有する第２の導電性円状ローブＤすなわち１１ｂを、Ｒｘ，Ｒｙ≧Ｒｃとなるように含む。それにより、第１の双円状構造と第２の双円状構造は互いに対称である。
【００６５】
別の実施形態では、任意選択として、第１の導電性円状ローブＡおよび／または第２の導電性円状ローブＢは楕円形を有してもよく、よって、それぞれｘ軸とｙ軸上の半径ＲｘとＲｙによって特徴付けられる。
【００６６】
別の実施形態では、任意選択として、第１の導電性円状ローブＣおよび／または第２の導電性円状ローブＤは楕円形を有してもよく、よって、それぞれｘ軸とｙ軸上の半径ＲｃｘとＲｃｙによって特徴付けられる。
【００６７】
さらに、第１の双円状形と第２の双円状形はそれらによる少なくとも１つのポートにより特徴付けられ、第１の双円状形と第２の双円状形の間に空隙または交差の領域を有して描かれている。この幾何学構造により、約１００％帯域を超える超広帯域（ＵＷＢ）周波数応答が可能になる。
【００６８】
本考案の別の実施形態では、第１の導電性円状ローブと第２の導電性円状ローブは、ローブの中心間の距離（ｄ）によって、ｄ＝０のときは交差の面積がπＲ２で、ｄ≧Ｒｙ＋Ｒｃのときは交差の面積が０であるように特徴付けられる。
【００６９】
本考案の別の実施形態では、第１の双円状形および上記第２の双円状形はグラウンド平面を含み、このグラウンド平面は、少なくとも１つの重複部分を、重複する領域が約０〜約１００％の間の範囲にわたるように有する。
【００７０】
図１Ａにさらに示すように、双円状構造を有する第１の導電体と双円状構造を有する第２の導電体は、楕円形状を有する第１の円状ローブ１０ａを含み、この円状ローブ１０ａは、第２の円状ローブとしての、それより小さな円状形１０ｂに結合されている。アンテナの主要部分は２つの導電性の楕円状ローブＡおよびＢ、ならびに、それぞれ第１の楕円状構成要素に接触する２つの追加の楕円状導電性ローブＣおよびＤである。
【００７１】
楕円状部分Ａ、Ｂ、ＣおよびＤはどのような偏心率を有することもできる。円状ローブＣ、Ｄは、０≦２Ｒｃ，２Ｒｄ≦２Ｒｘの範囲の直径を有することができる。
【００７２】
円形ローブＡ、Ｂは、２Ｒｘ，２Ｒｙ≦２Ｒｃ，２Ｒｄの範囲の直径を有してもよい。
【００７３】
他の実施形態では、アンテナのローブのそれぞれは互いに対して独立した方向に向けられることができる。アンテナ部分Ａ、Ｂ、Ｃ、およびＤはそれぞれ、必要な別々の厚さを有することもできる。アンテナ材料は導電性材料から作ることができる。アンテナ円形ローブ間の重複（ＡとＣ、ＢとＤ）は、接点から全体的な包含までとすることができる（それぞれ、ＣとＤが互いに重複し、鏡映としてＡとＢが互いに重複する）。
【００７４】
アンテナの発振ローブＡとＢの間の空隙は、最適化のパラメータである。
【００７５】
図１Ｂは双円状構造を有する第１の導電体および双円状構造を有する第２の導電体を示し、それぞれは、互いに接続する２つの楕円からなる構造を有する第１および第２の円形ローブを含む。
【００７６】
広帯域周波数応答は中心周波数とは無関係で、中心周波数は対象のスペクトル全体にわたって変動することができる。アンテナ構造は、要求される周波数に達するどのような直径を有することもできる。
【００７７】
本考案の別の実施形態では、半径（Ｒｘ）を有する第１の導電性円状ローブ１０ａおよび半径（Ｒｃ）を有する第２の円状ローブ１０ｂはそれらによる接点を有してもよく、２つの仮想点、単一の縮退点、または２つの別個の点で交差してもよい。したがって、円が交差する重複領域２０、２１は、重複のない０％から１００％の重複までの範囲にわたってもよい。
【００７８】
図１Ｂに示すように、メインローブＡとサイドローブＣは各ローブ面積の約５０％未満で互いに重複する。
【００７９】
２つの円の交差は１本のラディカル線を画定する。３つの円が互いに単一の点で交差する場合は、その交差点はペアをなしたラディカル線の交差部分、すなわちラディカル中心である。
【００８０】
図１Ｂに示すパターンアンテナは、双円状構造１０ａおよび１０ｂを有する第１の導電体と、双円状構造１１ａおよび１１ｂを有する第２の導電体とから成る。双円状構造１１ａおよび１１ｂを有する第２の導電体は、双円状構造１０ａおよび１０ｂを有する第１の導電体に所定の距離の空隙２２を有して接続されている。
【００８１】
図２を参照すると、本考案のアンテナ性能の周波数（ＧＨｚ）と利得（ｄＢ）のグラフが示されている。このグラフはダイポールアンテナの効率と性能を示す。試験したアンテナは、第１の双円状構造が第２の双円状構造に接続された構造を有し、第１と第２の双円状素子は、楕円形を有する第１の円形ローブを含み、この円形ローブは、それよりも小さい第２の円形ローブとしての円形（Ｒｘ≧Ｒｃ）との交差を有する。
【００８２】
本考案のアンテナは、どのような誘電性の材料または基板もそれに接触していないときに最良の性能を発揮する。つまり、可能な限り空気中で独立したアンテナが望ましい。オンチップ集積化アンテナの場合、誘電層は高い偏波性を有するＳｉＯ２、シリコン、ＰＴＦＥ、または他の任意の誘電性材料または絶縁体で、半導体野の中ではなく、アンテナの上方または下方に存在する。このシリコンベースのアンテナはさらに、主として遠距離通信波長でのアンテナ性能の促進、高信頼性および、偏波に影響されない光検出のために提供される。
【００８３】
超広帯域（ＵＷＢ）を有する図１Ａの楕円状アンテナでの、両方の場合の帯域の比較の例。
【００８４】
試験した楕円状アンテナは、オンチップ集積型の場合は−９．５ｄＢで１１５％帯域（ＢＷ）を有し、同じ形状が空中では１５０％超のＢＷを有する（最適化すれば両方の場合でさらに広いＷＢが得られる）が、どの場合でも、空気中のＢＷの方が広くなる。
【００８５】
アンテナ構造のパラメータは次のとおりである。
Ｒｘ：楕円のＸ方向の半径
Ｒｃ：円Ｃの半径
Ｒｄ：円Ｄの半径
空隙：主楕円ローブ間の距離
重複：円形ローブを相互結合する交差の面積
【００８６】
図２のグラフに示すように、アンテナは約２５８ＧＨｚから約２０００ＧＨｚ超の周波数の範囲で最良の放射を行い、Ｓ１１＝−９．５ｄＢで、空気誘電材料内のアンテナ性能は１２０％超となる。アンテナの効率は、アンテナの利得と放射パターンによって定まる。
【００８７】
次に図３を参照すると、誘電性材料としてのシリコン内で下記の表１に示す特性を有する、図１Ａのアルミニウム製アンテナの利得のグラフが示されている。
【００８８】
0003226611.tif 000013
【００８９】
このグラフは、約３００ＧＨｚで動作するように設計された半波長ダイポールアンテナのＳパラメータの結果を示す。
【００９０】
図３のグラフに示すように、このアンテナは、約１４７から約５５９ＧＨｚの周波数の範囲で最良の放射を行い、Ｓ１１＝−９．５ｄＢで、シリコンなどの誘導体材料または構造内のアンテナの性能は約１１６％である。
【００９１】
それにより、本考案のアンテナは広い帯域にわたって１００％を超える効率を生み出す。
【００９２】
別の実施形態では、アンテナのパラメータサイズを最適化の必要に応じて選択することができる。
【００９３】
次に図４を参照すると、空気誘電材料内で下記の表２に示す特性を有する、図１Ａのアルミニウム製アンテナの利得のグラフが示されている。
【００９４】
0003226611.tif 000014
【００９５】
図４のグラフに示すように、このアンテナは、約３４６から約３０００ＧＨｚ超の周波数の範囲で最良の放射を行い、Ｓ１１＝−９．５ｄＢである。それにより、空気誘電体内のアンテナの性能は約１５０％超である。
【００９６】
よって、本考案のアンテナは、広い帯域にわたって１００％を超える効率を生み出す。本考案の別の実施形態では、本考案のアンテナは、ミクロンサイズの形状を有する、さまざまな電子装置、センサ、レーダーまたは、任意のチップ構造に使用されてもよい。
【００９７】
本考案の別の実施形態では、本考案の別の実施形態では、アンテナはＳｉＯ２、シリコン、空気およびそれらの組み合わせから成るグループから選択された誘電体層に集積またはプリントされる。
【００９８】
本考案の別の実施形態では、アンテナは、第１の円状形のＸ方向の半径Ｒｘおよび第２の円状ローブの半径Ｒｃによって特徴付けられる。
【００９９】
本考案の別の実施形態では、アンテナは、第１の円状形のＹ方向の半径Ｒｙによって特徴付けられる。
【０１００】
本考案の別の実施形態では、アンテナの厚さは約０．１〜１００μｍである。
【０１０１】
本考案の別の実施形態では、円状ローブは、円形、円盤、楕円、円錐、球形、ボール様、円筒、フープ、ループ、リング様、チューブ様、およびそれらの任意の組み合わせからなるグループから選択される形状を有する発振ローブである。
【０１０２】
本考案の別の実施形態では、本考案のアンテナ配列はブロードバンドおよび／または広帯域性能を示し、バイコニカルアンテナ、ボウタイまたはバタフライ様のアンテナ、レムニスケート様の形状、対数周期、対数螺旋、円錐螺旋のアンテナ、バイコニカルアンテナ、互いに駆動し合う２つの半球体から成るディッシュアンテナ、およびそれらの組み合わせから成るグループから選択されるアンテナ構造をさらに含んでもよい。
【０１０３】
本考案の別の実施形態では、アンテナは全方向性広帯域の指向性アンテナである。
【０１０４】
本考案の別の実施形態では、本考案の双円状アンテナは、円状形、楕円形、または矩形のループ型導電体を含んでもよい。ループアンテナの基本的特性は、その形状とは無関係である。これらは３ＧＨｚ前後の周波数の通信リンクで広く使用されている。これらのアンテナは、マイクロ波帯域で電磁場プローブとしても使用することができる。ダイポールアンテナおよびモノポールアンテナと同様に、ループアンテナも周囲長によりアンテナの効率が決まる。これらのアンテナは、ループの周囲長に基づいて電気的小型と電気的大型の２タイプにさらに分類される。
【０１０５】
本考案のアンテナは、線形偏波、楕円または円形偏波を可能にするパターンを有する。
【０１０６】
本考案の別の実施形態では、アンテナはコネクタを介してＣＭＯＳトランシーバチップ／検出器に電気結合されている。
【０１０７】
本考案は、サブテラヘルツ信号およびテラヘルツ信号を受容するための複数のダイポールアンテナの幾何学配列を有する受信および／または送信の装置を形成するシステムおよび方法をさらに提供する。この受信および／または送信の装置は、ダイ上に、またはダイの上部層内に複数のダイポールアンテナを有してチップ製造工程により形成されたダイ構造を含む。
【０１０８】
図５を参照すると、本考案の複数のパターンアンテナを含む、幾何学配列および／または所定の行列構成が示されている。図示されるように、それぞれが円状ローブに接続された楕円形ローブから成り、各ピクセルが４００×４００ミクロンである１６個の双円形アンテナの配列３０が、誘電性材料としてのシリコンに集積されている。
【０１０９】
図６は、図６に示す１６個のアンテナの配列のＳ１１の大きさと周波数のグラフを示す。−９．５ｄＢのラインより下の周波数帯は約１２３ＧＨｚから約５７７ＧＨｚ（ＢＷ＝４５４）で、中心周波数は３５０ＧＨｚなので、４５４／３５０は約１．３であるからＢＷは約１３０％となる。これは、シリコン誘電材料／基板上の超広帯域アンテナである。
【０１１０】
他の実施形態では、追加の行列が４行４列のアンテナまたは３行２列のアンテナを含んでもよい。
【０１１１】
本考案の別の実施形態では、特定の偏波の信号または、そのアンテナに適合する偏波の信号の一部を受信するための４×４のアンテナ。
【０１１２】
本考案の別の実施形態では、さまざまな形状のアンテナを使用してもよい。本開示のいくつかの実施形態では、ダイ上のアンテナはすべて同じ形状であるか、あるいは、いくつかがある形状で、いくつかが別の形状である。同様に、ダイ上のアンテナはすべて同じ方向であってもよいし、いくつかがある方向で、いくつかが別の方向であってもよい。
【０１１３】
本考案の別の実施形態では、方向の異なる３×４のアンテナ配列が、例えば、水平、垂直、円状、右、または左などの、異なる方向からの信号および／または異なる偏波を有する信号を、例えば、受信する。
【０１１４】
本考案のいくつかの実施形態では、各アンテナは、例えば異なるサイズのアンテナを有することにより、異なる波長および／または周波数に対して設計される。各アンテナが信号の異なる部分（例えば、異なる偏波、周波数）を受信するので、任意選択として、これによってさまざまな撮像技法が可能になる。
【０１１５】
本考案の別の実施形態では、複数のアンテナが幾何学配列を形成するように配置される。任意選択として、すべてのアンテナが同一である。あるいは、アンテナのいくつかが異なる方向を有する。あるいはまた、アンテナのいくつかが異なる。本開示の例示的一実施形態では、各アンテナは１対のバイアコネクタによってＣＭＯＳトランシーバおよび／または送信機チップ／検出器に電気結合される。任意選択として、バイアコネクタはダイ内の穴に、ダイ内でバイアコネクタと金属層の間にクリアランスを設けて置かれる。本開示の例示的一実施形態では、バイアコネクタは、金属層との間の導電性ビームによって支持された積層金属層を含む。任意選択として、金属絶縁層は多孔質で、その孔はダイの誘電性材料で満たされている。本開示の例示的一実施形態では、撮像センサはダイと同じ集積回路パッケージ内に低雑音増幅器を含む。任意選択として、低雑音増幅器はダイの下に配置される。本開示の例示的一実施形態では、低雑音増幅器はダイの下に逆さに配置される。任意選択として、撮像センサは、アンテナが受信したテラヘルツ信号を収束させるように、上部をレンズ形状としてパッケージされる。
【０１１６】
本開示のいくつかの実施形態では、ダイ上のアンテナはすべて同じ形状であるか、あるいは、いくつかはある形状で、いくつかは別の形状である。同様に、ダイ上のアンテナはすべて同じ方向であってもよいし、または、いくつかがある方向で、いくつかが別の方向であってもよい。
【０１１７】
本考案の別の実施形態では、各アンテナは、ダイ内のアンテナの下に配置されたトランシーバチップ／トランシーバチップ／検出器に電気結合される。加えて、ダイの中のＣＭＯＳトランシーバチップ／検出器の上、かつアンテナの下に、金属絶縁層が形成される。金属皮膜層がダイの下に形成され、かつ／または、ダイの下にリードフレームを取り付けるためにシルバーエポキシ接着剤の層がダイの下に使用される。
【０１１８】
本考案の別の実施形態では、アンテナは、銅、金、アルミニウム、または他の金属もしくは金属合金からなるグループから選択される材料でできたダイポール金属アンテナである。
【０１１９】
本考案の別の実施形態では、誘電性材料または基板、誘電性材料の高さ、および硬化性充填材料は、測定される特定の範囲のテラヘルツ信号の波長にアンテナの寸法が対応し、それらの波長について最適な利得が得られるように選択される。
【０１２０】
本考案の別の実施形態では、双円状構造アンテナの利得は動作周波数帯にわたって著しく安定する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１Ａ】
0003226611.tif 000015
【図１Ｂ】
0003226611.tif 000016
【図２】
0003226611.tif 000017
【図３】
0003226611.tif 000018
【図４】
0003226611.tif 000019
【図５】
0003226611.tif 000020
【図６】
0003226611.tif 000021